专利名称：碳纤维过滤片及制造工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种复合过滤材料，具体地说是一种碳纤维过滤片及制造工艺。其适用于精密铸件、高温合金、有色金属铸造时过滤净化使用。
我们知道，熔融状态的有色金属、黑色金属过滤净化大多使用非金属材质的过滤片。现有的过滤片一般是陶瓷复合材料或碳化硅复合材料等，在使用过程中，由于上述非金属材质耐高温性能略差，在金属浇铸过程中，过滤片有时会出现炸裂、空洞或者浇熔现象。这样一来不仅不能达到过滤的目的，反而会对制品增加新的杂质。
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的不足，提供一种配方合理，工艺简单，性能稳定，热容量大、粘着力强，耐冲击性能好、耐高温的碳纤维过滤片及制造工艺。
为达到上述目的，一种碳纤维过滤片，其特征在于采用碳纤维为补强材料，莫来石、三氧化二铝为填充材料，硅溶胶为粘结剂，无水乙醇为粘结剂的稀释剂，按一定比例配制、加工而成，其中各成份的含量(WT％)是碳纤维 5.0-19.5莫来石 30.0-40.0三氧化二铝 20.0-40.0硅铁 0.2-0.5硅溶胶 12.0-20.0无水乙醇 1.0-2.0本发明上述耐高温碳纤维过滤片的制造工艺是首先将2-3mm短丝的碳纤维按比例加入600～800目莫来石粉和三氧化二铝粉料，放入研磨机中干磨8-12小时，而后加入用无水乙醇稀释的硅溶胶，继续湿磨8-12小时，然后把浆料均匀涂在泡沫塑料网上，烘干后在1 500℃-1580℃下(氮气或氩气保护)，高温烧结6h-12h，烧掉作为载体的泡沫塑料，制成碳纤维过滤片。其中在1550℃高温下碳化，恒温6小时，之后降至室温，产品性能最佳。
本发明碳纤维过滤片是具有三维网状骨架结构的多孔体，耐高温性能强，气孔率达到80％-90％，通道曲折，比表面积大，与流体的接触率高，熔体通过时压力损失小，具有良好的除渣性能。
下面结合实施例对本发明做进一步的描述本发明一种耐高温过滤片，其采用碳纤维为补强材料，莫来石、三氧化二铝为填充材料，硅溶胶为粘结剂，无水乙醇为粘结剂的稀释剂，按一定比例配制、加工而成。其中各成份的含量(WT％)是碳纤维 5.0-19.5莫来石 30.0-40.0三氧化二铝 20.0-40.0硅铁 0.2-0.5硅溶胶 12.0-20.0无水乙醇 1.0-2.0。
配方中各种原材料的性能及主要作用是1、碳纤维质轻，比重小，比表面积大，于硅溶胶结合力强，呈半乱层石墨状结构，具有导热，耐高温，抗冲击等性能。本发明以沥青碳纤维为例加以介绍。
沥青碳纤维制造过程煤沥青或者石油沥青用化工反应蒸馏到240℃，去掉低挥发物，提高软化点，用200目铁筛负压过滤掉喹啉不溶物，于是既可得精制沥青。
(1)把精制沥青送入V1---4型纺丝机中，用挤压法进行纺丝，纺丝温度在所用沥青软化点130℃之上60℃，也就是正常纺丝温度190℃±2℃，要求纺丝的直径D15---30u为好，长度不限。
(2)将沥青丝装入氧化炉中氧化处理(一般烘箱也可以)，鼓入空气(每小时2m3)，氧化温度可达240℃---260℃，保温4小时，这就是氧化纤维。
(4)再将氧化纤维送到碳化炉中(一般高温管式炉)，鼓入N2(每小时0.8m3)，碳化温度可达到1200℃，保温1小时。于是就制备出合格的沥青碳纤维，切短2-3mm就可以用来增强过滤制品。
2、莫来石和三氧化二铝硬质及耐温性稳定，可以在1700℃高温下正常使用。
3、硅铁是一种耐高温的物质，在过滤片烧结制备过程中起到结晶催化作用。
4、硅溶胶中由于硅含量大于30％以上，因而是一种特殊耐高温粘结剂。
5、无水乙醇是调节硅溶胶的最好稀释剂，易于浸渍其它的原材料。
上述各材料按比例配制，制造碳纤维过滤片工艺如下根据高温合金对碳纤维过滤网的要求，选用碳纤维作为高温合金过滤网的补强材料，另加入莫来石、三氧化二铝来降低过滤网的烧结温度，用聚氨酯泡沫塑料作为过滤网成型的载体。
先将泡沫塑料切割成要求的大小块料。把2～3mm短丝的碳纤维按比例加入600～800目莫来石粉和三氧化二铝粉料，放入研磨机瓷瓶中干磨8-12小时，而后加入用无水乙醇稀释的硅溶胶，继续湿磨8-12小时，然后把浆料均匀涂在泡沫塑料网上，干燥后放在炉中烧掉作为载体的泡沫塑料，在1500℃-1580℃下(氮气，氩气保护)，高温烧结6h-12h，制成碳纤维过滤片。由于配料中硅溶胶的作用，烧结温度低，便于工业生产。
此产品制作工艺过程可简单表述为碳纤维+无机填料+硅溶胶→混合→成型→干燥→脱塑→高温烧结→检送包装。
按照本发明的配制工艺制造的碳纤维过滤片经测试检验，其主要性能指标如下1.孔隙率75～90％。
2.容重0.4～0.7g/cm33．常温耐压强度10～40kg/cm24．吸水率＜1.5％5．热震稳定性1000℃风冷＞15次1200℃水冷＞6次6．耐火度＞1700℃试验表明，该发明配方合理，工艺简单，性能稳定，它克服了现在技术的不足，温度梯度小，热应力分布均匀，减少了使用产生炸裂，掉渣，烧熔洞现象，同现有技术相比有如下的优点和效果1．具有良好的机械性能，在运输和操作过程中不“掉渣”、不开裂。
2．在1400～1700℃浇铸温度下具有高强度，抗热震性和抗合金液冲刷力。
3．具有良好的结构稳定性和化学稳定性，不与合金液中活泼元素在真空下起反应。
4．具有合适的孔径，良好的透过合金液能力和过滤非金属夹杂物及气泡的能力。
主要性能检验结果1．孔隙率75～90％2．容重0.4～0.7g/cm33．常温耐压强度10～40kg/cm24．吸水率＜1.5％5．热震稳定性1000℃风冷＞15次1200℃水冷＞6次6．耐火度＞1704℃实施例2成份 含量(WT％)沥青碳纤维 5.0莫来石 35.0三氧化二铝 40.0硅铁0.2硅溶胶 18.8无水乙醇1.0
制造工艺是首先按比例将2-3mm短丝的碳纤维加入800目莫来石粉和三氧化二铝粉料中，放入研磨机瓷瓶中干磨10小时，而后加入用无水乙醇稀释的硅溶胶，继续湿磨12小时，然后把浆料均匀涂在泡沫塑料网上，干燥后放在炉中烧掉作为载体的泡沫塑料，在1550℃下(氮气，氩气保护)，高温烧结，恒温6小时，之后降至室温，制成碳纤维过滤片。主要性能检验结果1．孔隙率80---90％2．容重0.5---0.8g/cm33．常温耐压强度12---44kg/cm24．吸水率＜1.3％5．热震稳定性1000℃---风冷＞15次1000℃---水冷＞6次6．耐火度＞1750℃
权利要求
1．一种碳纤维过滤片，其特征在于采用碳纤维为补强材料，莫来石、三氧化二铝为填充材料，硅溶胶为粘结剂，无水乙醇为粘结剂的稀释剂，按一定比例配制、加工而成，其中各成份的含量(WT％)是碳纤维 5.0-19.5莫来石 30.0-40.0三氧化二铝 20.0-40.0硅铁 0.2-0.5硅溶胶 12.0-20.0无水乙醇 1.0-2.0。
2．如权利要求1所述碳纤维过滤片的制造工艺，其特征在于首先将2-3mm短丝的碳纤维按比例加入600～800目莫来石粉和三氧化二铝粉料，放入研磨机干磨8-12小时，而后加入用无水乙醇稀释的硅溶胶，继续湿磨8-12小时，然后把浆料均匀涂在泡沫塑料网上，烘干后在1500℃-1580℃下(氮气或氩气保护)，高温烧结6h-12h，烧掉作为载体的泡沫塑料，制成碳纤维过滤片。
3．根据权利要求2所述碳纤维过滤片的制造工艺，其特征是在纯氮气或者氩气保护下，在1550℃高温下碳化，恒温6小时，之后降至室温制成碳纤维过滤片。
全文摘要
本发明提供了一种用碳纤维与无机填料制作的碳纤维过滤片及其制造工艺,其以碳纤维为补强材料,莫来石和三氧化二铝为填充料,硅溶胶为粘合剂配制而成。过滤片的制造工艺是:称料、混料、干磨、湿磨、搅拌、浸渍、烘干、碳化,最后成为制品。本发明配方合理,工艺简单,性能稳定。具有耐高温,耐压,耐冲击和孔径率大等特点,比现有产品耐高温度提高了200℃以上。
文档编号B01D39/20GK1323647SQ0011104
公开日2001年11月28日 申请日期2000年5月16日 优先权日2000年5月16日
发明者陈殿珩, 冯毅 申请人:威海市科波碳纤维研究中心